南海北部31ka以來GDGTs組成及其對古溫度和季風變化的響應(yīng)

劉磊，管紅香，馮俊熙，許蘭芳，茅晟懿，劉麗華

1.中國科學(xué)院廣州能源研究所，中國科學(xué)院天然氣水合物研究重點實驗室，廣州 510640

2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

3.中國地質(zhì)調(diào)查局廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣州 510760

東亞季風在熱帶西太平洋和亞洲氣候變化中占主導(dǎo)地位，其季節(jié)性變化主要受到低緯度日曬量和海陸溫差變化的控制[1-5]。東亞季風由東亞夏季風和東亞冬季風組成。東亞夏季風可以將大量的降雨和水分輸送到東南亞地區(qū)，其過去的強度變化可以用石筍氧同位素等來重建[2-4]。然而，寒冷干燥的東亞冬季風在水文循環(huán)中沒有顯示出類似的特征，其歷史變化主要來自特定的沉積物性質(zhì)，例如中國黃土的磁學(xué)性質(zhì)、湖光巖湖的沉積鈦含量等[5-6]。從現(xiàn)有的東亞季風強度記錄來看，東亞夏季風和東亞冬季風強度變化呈負相關(guān)[2-3,5]。熱帶輻合帶的遷移活動與這種負相關(guān)性存在密切的聯(lián)系，因為其向北遷移會導(dǎo)致東亞夏季風增強和東亞冬季風減弱，反之亦然[5]。然而全新世以來，高精度的東亞冬季風強度記錄較為匱乏；石筍氧同位素記錄的東亞夏季風強度存在很多爭議[7]。因此，對于東亞季風的認識仍需要進一步加強。

作為一個半封閉的邊緣海盆地，南海真實地記錄了東亞季風對氣候的影響，能反映過去東亞季風強度變化[8-15]。季節(jié)性變化的東亞季風控制了南海過去的海洋表面溫度（SST），加劇了冰期—間冰期的溫度差異[16-18]。間冰期，占主導(dǎo)地位的東亞夏季風給南海帶來了更多的降雨和熱量，導(dǎo)致南海的海溫升高[13,19]。冰期，東亞冬季風將北太平洋冷水通過巴士海峽運輸?shù)侥虾１辈?，并顯著降低海溫[8,10]。所以，南海異常的冬季降溫與東亞冬季風密切相關(guān)，從而其SST記錄可以反映東亞冬季風強度的變化情況[10,20-21]。研究發(fā)現(xiàn)南海北部和蘇祿海之間的溫差可以反映東亞冬季風強度變化，其溫差記錄表明東亞冬季風在末次間冰期和全新世早期強度較大[15]。南海南部是西太平洋暖池（WPWP）的一部分，但其冬季海溫低于WPWP中心區(qū)域[10]。前人利用南海南部和WPWP中部的SST差異重建了150 ka以來的東亞冬季風強度變化，從而證實了東亞季風受低緯度日曬量變化的影響[10]。顯然，南海的古氣候重建對理解東亞季風的演化具有重要意義?；诟∮斡锌紫x分布而重建的夏季和冬季SST顯示出南海海域較大的季節(jié)溫差，并指示東亞冬季風在末次冰盛期（LGM）的強度比現(xiàn)在高[22-23]。長鏈不飽和烯酮指數(shù)（UK’37）和浮游有孔蟲的 Mg/Ca、δ18O 指數(shù)也廣泛應(yīng)用于南海[8-11,24-26]。它們重建的SST記錄表明，南海北部的冰期變冷幅度大于南海南部[13,18,24]。目前的研究普遍認為東亞冬季風和其所帶來的北太平洋冷水導(dǎo)致了南海北部明顯的冰期—間冰期溫度差異[10-11,23]。然而，不同古溫度計重建的SST記錄顯示了很大的差異[11,25-26]。由于溫度計來源于不同的微生物體，而重建的SST潛在地反映了生物源的季節(jié)性和其生存深度的溫度[27]。因此，需要應(yīng)用不同的古溫度指標來綜合解釋南海海溫的變化情況和東亞季風演化歷程。

基于異戊二烯甘油二烷基甘油四醚類（isoGDGTs）的TEX86指標是新興的重建SST的溫度計（表1）[28]。隨著環(huán)境溫度的升高，海洋奇古菌（Thaumarchaeota）生產(chǎn)的isoGDGTs中的環(huán)戊烷環(huán)數(shù)增多[29-30]。鹽度為27‰和35‰的培養(yǎng)實驗證實，不同鹽度對isoGDGTs組分分異沒有影響[31]。這些特性使得TEX86成為一種受歡迎的古溫度計。通過對全球海洋更廣泛區(qū)域isoGDGTs數(shù)據(jù)的分析，Kim等提出了分別適用于低緯度的TEXH86公式（＜15 ℃）和高緯度的TEXL86公式（＞15 ℃），極大地擴展了TEX86公式的應(yīng)用范圍和區(qū)域適用性（表1）[32]。相比于 UK’37指標，TEXH86具有更高的溫度上限[32-33]。2011年，TEXH86首次應(yīng)用到南海的SST研究中，其重建的溫度與溫暖季節(jié)的SST相符合，并顯示出與Mg/Ca SST相同的冰期—間冰期差異[12]。南海GDGTs分布的系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，除水深小于100 m的樣品外，沉積柱頂部樣品的TEXH86溫度非常接近年平均SST[34]。但是，也有研究認為TEXH86在南海表示的是次表層溫度[11,26]。還有研究發(fā)現(xiàn)由于受到東亞冬季風的影響，南海北部內(nèi)部陸架的TEXH86溫度與冬季SST對應(yīng)較好[35]。對于TEXH86指標的不同解釋揭示了該指標的復(fù)雜性和爭議性。因此，需要更多的研究和新的方法來解釋TEXH86在南海的適用性。

表1 文中用到的指標的定義式Table 1 Initial definitions of the proxies used in this article.

在本文中，我們根據(jù)10個有孔蟲14C定年數(shù)據(jù)，利用TEXH86指標重建了南部北部QH-CL11沉積柱31 ka以來的溫度；通過與南海北部3個沉積柱和南海南部1個沉積柱UK’37SST的詳細對比來揭示南海北部TEXH86溫度的含義；同時，通過計算16 ka以來南海和北太平洋之間的SST差值揭示了東亞冬季風的變化情況。

1 研究區(qū)概況

南海海盆位于太平洋最西端，通過臺灣海峽連接到東海，通過巴士海峽連接到北太平洋，通過民都羅海峽和巴拉巴克海峽連接到蘇祿海，通過馬六甲海峽連接到印度洋，通過加斯帕爾海峽和卡里馬塔海峽連接到爪哇海，這7個海峽將目前的南海包圍成了1個半封閉的邊緣海（圖1）[6,41]。南海北部和南部的表面環(huán)流和海溫差異很大，這主要受到季節(jié)性變化的東亞季風的影響[6]。在北半球冬季，來自東海和北太平洋的主要的冷水團由東亞冬季風驅(qū)動，分別通過臺灣海峽和巴士海峽進入南海北部，并進一步輸送到南海西南部，導(dǎo)致南海逆時針的表層環(huán)流[13,41]。東亞冬季風及其帶來的冷流導(dǎo)致南海南部和北部之間較大的海溫差異（約4 ℃）[11]。在北半球夏季，東亞夏季風推動印度洋表層暖流通過巽他大陸架流入南海南部，并造成順時針表層環(huán)流[11]。與此同時，較高的SST（約28 ℃）在南海南部占主導(dǎo)地位[10]。在南海北部，表層水和SST不斷受到來自北太平洋的冷水的影響，導(dǎo)致SST比南海南部低[13]。

在研究區(qū)，現(xiàn)代年平均海溫為26.9 ℃，冬季和夏季溫度分別為 24.3℃和29.1℃（表2）。QH-CL11柱狀沉積物，處于南海西北部，水深約 1 902 m，總長度 830 cm （17.97 °N、111.33 °E），由海洋 6 號科學(xué)調(diào)查船于2017年采集（圖1）。QH-CL11主要由黏土—淤泥沉積物組成，局部含有有孔蟲淤泥和一些硅藻。樣品采集后運送至實驗室并在?20 ℃的冰箱中保存直至處理分析。以10 cm間隔取3 cm的樣品分析，總計58個樣品。

圖1 南海北部 QH-CL11 沉積柱及對比站位位置圖[11]Fig.1 Location of core QH-CL11 and selected paleoenvironmental settings in the South China Sea （SCS）[11]

表2 研究區(qū)年平均及季節(jié)變化海溫數(shù)據(jù)Table 2 Annual mean and seasonal SST data in the study area

2 樣品處理與分析

2.1 樣品前處理

樣品用冷凍干燥機進行冷凍干燥并磨成粉末，稱取適量樣品，分別用二氯甲烷、二氯甲烷/甲醇（1∶1，V/V）和甲醇超聲提取3次，以獲得總脂類提取物（TLE）。TEL 先旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后轉(zhuǎn)移至 2 mL的細胞瓶中，再進行硅膠層析柱分離，硅膠層析柱用100～200目活化后的硅膠填充而成，將TEL轉(zhuǎn)移至硅膠層析柱上部后，分別用正己烷和甲醇試劑洗脫，得到非極性組分和極性組分。極性組分樣品用0.45 μm聚四氟乙烯濾膜（PTFE）過濾去除顆粒物質(zhì)，在N2氣下吹干后儲存在?20 ℃的冰箱中等待測試。

2.2 儀器分析

測試前，樣品重新溶解在約300 uL正己烷/異丙醇（98.2∶1.8，V/V）混合溶劑中，并加入 C46GTGT作為內(nèi)標[42]。GDGTs分析儀器采用中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）的安捷倫6460 3Q HPLC/MS。分析方法在Hopmans等的基礎(chǔ)上加以改進[43]。GDGTs通過兩個串聯(lián)的硅化柱（BEH HILIC columns，2.1×150 mm，1.7 μm）分離，柱溫保持在 30 ℃。檢測GDGTs化合物條件為：正己烷（A）和異丙醇∶正己烷（1∶9，V/V；B）作為流動相,洗脫梯度為 0～25 min,18%B；25～50 min，B 的比例從 18% 線性增至35%；50～80 min，B的比例從35% 線性增至100%，之后以100% B 沖洗色譜柱 20 min，最后B 的比例回到18%，流速為 0.2 mL·min?1，產(chǎn)生的最大回流壓力為230 bar。單離子檢測（single ion monitoring，SIM）模式進行掃描，并通過各峰面積比值確定各化合物相對含量。掃描質(zhì)核比（m/z）為 1 302，1 300，1 298，1 296，1 292，1 050，1 048，1 046，1 036，1 034，1 032，1 022，1 020，1 018。儀器的分析誤差為± 0.008。離子大氣壓化學(xué)電離（APCI）和質(zhì)譜（MS）條件為：霧化氣壓 60 psi；霧化溫度 400 ℃；干燥氣 N2流速為6 L·min?1，溫度為 200 ℃；毛細管溫度 3 500 ℃；電暈電流 5 μA（約 3 200 V）。

南海北部QH-CL11的數(shù)據(jù)適用TEXH86經(jīng)驗公式來計算 SST（表1）[30]。該公式適合低緯度（＞15 ℃）地區(qū)SST重建[29-30]：

式中，SST單位為℃，TEXH86指標的定義式及使用范圍詳見表1。對應(yīng)于儀器分析誤差，公式（1）的校正誤差為± 0.4 ℃。

同時，為了衡量陸源GDGTs輸入和甲烷滲漏等情況對TEXH86指標的影響，計算了甲烷指數(shù)（MI）、支鏈/異戊二烯指標（BIT）等（表1）[36-40]。

2.3 有孔蟲定年

為了獲得有孔蟲定年數(shù)據(jù)，等間隔的在沉積柱QH-CL11挑選了10個含有有孔蟲的樣品（表3）。對樣品的預(yù)處理如下：將樣品放置在500 mL燒杯中,用去離子水浸泡 24 h使其分散；用 100目（孔徑0.154 mm）的標準不銹鋼篩在流動的自來水水流下沖洗并振蕩至殼體無泥沙殘留為止；沖洗后的篩上物質(zhì)用去離子水轉(zhuǎn)存至培養(yǎng)皿并于40 ℃干燥。在尼康?SMZ 1500型體視鏡下對殼體進行鑒定、拍照和挑選。挑選的有孔蟲種類主要為Globigerinoides ruber（G.ruber）和Globigerinoides sacculifer（G.sacculifer）兩種,后送往美國的Beta實驗室進行測試。

2.4 數(shù)據(jù)收集與處理

為了深入理解南海古溫度變化過程，收集了南海北部17940、17954和MD97-2146沉積柱和南海南部MD97-2151沉積柱的古溫度數(shù)據(jù)（表4）。UK’37作為成熟的溫度計指標，研究證明其重建的溫度反映了南海 0～30 m 混合層的 SST[33,44-45]。31 ka 以來，南海北部17940、17954和MD997-2146共3個沉積柱UK’37數(shù)據(jù)采用相同的校正公式來重建SST，其溫度存在差異，但差異不大（圖2）；它們都是有孔蟲定年，年代模型也是線性擬合和外推法建立的，理論上是可以對比的。因此，使用MATLAB對南海北部UK’37數(shù)據(jù)進行插值處理，得到其平均后的數(shù)據(jù)UK’37northSST（圖2）。平均方法是用 MATLAB 進行統(tǒng)一標準的線性加密、平均，不會改變原始數(shù)據(jù)的可靠性。單個沉積柱重建的UK’37SST一定程度上受到當?shù)厮暮脱匕读鞯挠绊?，使得溫度信息變的更區(qū)域化，而平均后的UK’37SST可以降低當?shù)厮暮脱罅鞯母蓴_。同時，因為東亞季風是南海影響SST的主控因素，所以南海北部平均后的UK’37northSST能更好的反映東亞季風的影響程度。

表3 南海北部QH-CL11沉積柱有孔蟲AMS14C年齡Table 3 14C-AMS ages from core QH-CL11 in the northern South China Sea（SCS）

表4 文中收集的古溫度和古環(huán)境數(shù)據(jù)來源與信息Table 4 Sources of paleotemperature and paleoenvironment data collected in the paper

圖2 南海北部 17940、17954 和 MD997-2146 沉積柱 UK’37 數(shù)據(jù)及 MATLAB 擬合的平均 UK’37 north 溫度[9, 17]Fig.2 UK'37 data of core 17940,17954 and MD997-2146 in northern south China sea（SCS）and averaged UK'37 north temperatures fitted by MATLAB[9, 17]

3 結(jié)果

3.1 年代模型

QH-CL11沉積柱的年齡模型由浮游有孔蟲的10個14C AMS年齡確定（表3）。傳統(tǒng)的有孔蟲AMS14C年代用MARINE13進行2σ校正，然后轉(zhuǎn)換為現(xiàn)在的日歷年（BP，相對于公元1950年）[49]。區(qū)域碳庫校正年齡（Δ±R）為 18±37 （http://calib.qub.ac.uk/marine/）。年代模型采用線性擬合和外推法建立。根據(jù)10個有孔蟲定年數(shù)據(jù)，建立了QH-CL11的年代模型（圖3）。QH-CL11沉積柱31 ka以來的平均沉積速率為約21 cm/ka。

3.2 GDGTs分布和來源

圖3 QH-CL11 柱狀沉積物年代模型Fig.3 Age model of the sediment core QH-CL11

QH-CL11柱狀沉積物中的GDGTs化合物主要為 isoGDGTs和支鏈 GDGTs（brGDGTs）。isoGDGTs占總GDGTs含量的98%～99%。在isoGDGTs中，Crenarchaeol含量最高，占總isoGDGTs的45%～51%，其次是GDGT-0占總isoGDGTs的17%～28%，而 GDGTs-1 ，-2 ，-3 以 及 Crenarchaeol regio isomer（Crenarchaeol異構(gòu)體）的含量都低于10%（圖4）。brGDGTs的相對含量較低，占總GDGTs的1%～2%。 正常海洋環(huán)境中絕大多數(shù)isoGDGTs來自于海洋奇古菌，但同時也有少量的isoGDGTs來源于河流輸入以及產(chǎn)甲烷古菌等。QH-CL11站位樣品中BIT 平均值為0.021（0.013～0.030），遠小于0.4，這說明陸源輸入的isoGDGTs很少[36]，對TEXH86指標應(yīng)用的影響可忽略不計。同時，為評價廣古菌如產(chǎn)甲烷古菌等對isoGDGTs的貢獻，計算了GDGT-0/Crenarchaeol、GDGT-2/Crenarchaeol比值、MI指數(shù)和%GDGT-2指標（表2，表5）。本研究中，GDGT-0/Crenarchaeol比值為 0.33～0.60；GDGT-2/Crenarchaeol比值范圍是 0.08～0.14；MI值為 0.16～0.21；%GDGT-2值為35～41，說明非奇古菌源isoGDGTs的影響基本可以忽略，isoGDGTs主要來自于海洋奇古菌[37-40]。因此，本文中TEXH86指標用于古溫度重建是合理的。

3.3 TEXH86溫度數(shù)據(jù)

31 ka以來，QH-CL11站位的 TEXH86值為?0.27～?0.16，對應(yīng)溫度的變化為 20.3～27.8 ℃（表5）。沉積柱表層TEXH86溫度為26.3 ℃，與研究區(qū)年平均溫度（26.9 ℃）較接近（表2）。31 ka以來，TEXH86溫度在末次冰期為20.3～24.6 ℃，在全新世為25.5～27.8 ℃，顯示出明顯的冰期—間冰期旋回（圖5b）。在深海氧同位素周期 MIS 3 階段（約 31～24 ka），TEXH86溫度基本保持在 22.8 ℃（±1 ℃）。TEXH86溫度在LGM階段約為22.3 ℃，比全新世低3～5 ℃，約 16.8 ka時降至 20.3 ℃，然而約 14.6 ka時突然升高到 24.0 ℃。14.6～12.5 ka期間，TEXH86溫度處于穩(wěn) 定的狀態(tài)（24.0 ℃），之后逐漸升 高到 26.6 ℃（10.3 ka）并基本保持不變（圖5b）。

4 討論

4.1 TEXH86溫度含義

31 ka以來，南海北部17940、17954 和 MD997-2146沉積柱UK’37數(shù)據(jù)表現(xiàn)出很好的一致性（圖2），所以假定 UK’37north溫度可以粗略地作為整個南海北部和沉積柱QH-CL11的年平均SST。在過去的31 ka，UK’37northSST 在末次冰期為 23.4～24.9 ℃，在全新世為25.1～27.2 ℃，表現(xiàn)出冰期—間冰期旋回的特征（圖5a）。UK’37northSST 在 31～16 ka 時略有波動，平均維持在 23.8 ℃。UK’37northSST 在 LGM時，約為 23.7 ℃，比全新世低約 3 ℃；約 13.3 ka 時增加到 24.9 ℃；約 13.3 ka以來略有上升趨勢（24.9～27.2 ℃；圖5a）。

圖4 QH-CL11 中檢測到的 GDGTs的相對含量。Crenarchaeol' 表示 Crenarchaeol異構(gòu)體Fig.4 The Changes of GDGTs contents with depth in core QH-CL11.Crenarchaeol' represents Crenarchaeol regio isomer

表5 南海北部QH-CL11柱狀沉積物中各指標及TEXH86 SST數(shù)據(jù)Table 5 The indices used to evaluate the application of TEX86 and TEXH86 SST in core QH-CL11

續(xù)表5

續(xù)表5

QH-CL11沉積柱表層TEXH86溫度為26.3 ℃，與研究區(qū)年4月和11月SST也較為一致（World Ocean Atlas 2013）。然而，TEXH86溫度不太可能反映特定月份的海溫，主要原因如下：研究證明水體中GDGTs濃度會隨季節(jié)變化而變化，且往往在浮游植物生產(chǎn)力較低時表現(xiàn)為富集狀態(tài)[50-51]。而在研究區(qū)域，衛(wèi)星觀測到恒定的葉綠素濃度，只在冬季相對略高[52]。這表明GDGTs的濃度也相對較為穩(wěn)定，不會隨季節(jié)出現(xiàn)較大波動[12]。除此之外，有研究證實海洋奇古菌在不同季節(jié)生產(chǎn)的GDGTs會在沉淀的過程中混合，使得其TEXH86溫度最終反映的是年平均溫度[53-55]。比如，西北太平洋的深海沉積物中，沒有觀察到奇古菌豐度的季節(jié)性變化，并且下沉沉積物顆粒中的TEXH86與年平均SST[53]具有很好的響應(yīng)關(guān)系。印度洋和阿拉伯海的GDGTs研究也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象[54-55]。而在南海，研究發(fā)現(xiàn)，除了水深小于100 m的樣品，由南海沉積柱頂部樣品得出的TEXH86溫度與年平均SST相符合[34]。因此，南海北部的TEXH86溫度應(yīng)該反映的是年平均海水溫度，而非特定月份的溫度。但是，不同的時間尺度和不同的區(qū)域位置，TEXH86溫度所代表的海水層位也大不相同[26,34]。在南海，大多數(shù)研究認為TEXH86溫度反映的是年平均海洋次表層海水的溫度（30～125 m），并給出了相關(guān)的校正公式[26]。但是，南海地質(zhì)背景復(fù)雜，不同區(qū)域的上升流、沿岸流和洋流的影響各不相同，可能會使得不同層位的海水混合。這樣的地質(zhì)系統(tǒng)給TEX86指標的正確理解帶來了困難。全球尺度來看，Zhang等對全球30°N和30°S之間的TEX86數(shù)據(jù)進行了收集和分析，發(fā)現(xiàn)TEX86與海洋表面溫度的相關(guān)度最高[56]。因此，在熱帶海洋，TEX86可以作為海洋表面溫度的校正指標[56-57]。本文傾向于把TEX86溫度理解成海洋表面溫度，主要有以下幾點原因：QH-CL11沉積柱頂部TEXH86溫度（26.3 ℃）與研究區(qū)年平均SST較為接近（26.9 ℃）?；趨^(qū)域Imbrie-Kipp轉(zhuǎn)換函數(shù)法的浮游有孔蟲數(shù)據(jù)，南海北部19740站位粗略地重建了夏季和冬季SST（圖5）[16,58]。在圖5b中，QH-CL11的TEXH86溫度在全新世期間與有孔蟲年平均SST相一致；在末次冰期，TEXH86溫度處于冬季和夏季 SST 之間[16]。而 31 ka 以來，UK’37northSST一直與19740站位的有孔蟲年平均SST相一致（圖5a）。在深海氧同位素階段 MIS1 期間，UK’37northSST 與 QH-CL11 TEXH86溫度的溫差都落在±1.5區(qū)間，相差較?。▓D5c）。而 TEXH86和 UK’37指標的校正誤差范圍約為1.5 ℃[45,57]。因此，在MIS1階段，TEXH86溫度與 UK’37northSST 較為一致（圖5c）。而在 MIS2 階段，UK’37northSST 與 QH-CL11 的 TEXH86溫度的溫差大多數(shù)都落在±1.5區(qū)間外（圖5c）。類似的規(guī)律在沉積柱MD97-2151的TEXH86和UK’37數(shù)據(jù)中也有發(fā)現(xiàn)[8,47]。在 MIS3 期間，UK’37northSST與QH-CL11的TEXH86溫度的溫差大多落在±1.5區(qū)間，但波動較大。而造成TEXH86和UK’37溫度有所差異的原因可能是古菌和浮游植物對水溫、生存環(huán)境的變化有不同的響應(yīng)特征，進而導(dǎo)致相應(yīng)的指標對古溫度變化有不同的敏感性[44,57]。同時，不同站位的水文、洋流和沿岸流等因素也會影響到古溫度記錄。為了進一步驗證TEXH86指標作為SST指標的可行性，把本文的TEXH86數(shù)據(jù)和UK’37northSST進行了投圖（圖6a），得到的相關(guān)系數(shù)為0.74，與南海北部ODP1147站位的TEXH86數(shù)據(jù)和UK’37SST投圖的相關(guān)系數(shù)（0.73）接近[11]。而MD97-2146 的 TEXH86和 UK’37SST 數(shù)據(jù)投圖，得到的相關(guān)系數(shù)為0.79[9,12,25]。MD97-2146與QH-CL11沉積柱都處于南海北部，采用有孔蟲定年和線性擬合、外推法建立年代模型，因此，它們的古溫度數(shù)據(jù)具有可對比性。于是，將QH-CL11和MD97-2146的TEXH86數(shù)據(jù)按照同等精度（以QH-CL11的精度為標準）進行了線性差分和平均，平均值與 UK’37northSST 擬合的相關(guān)系數(shù)為 0.87（圖6b）。目前，UK’37被廣泛地用來重建SST[44-45]。如果TEXH86數(shù)據(jù)反映的也是年平均 SST，那么 TEXH86數(shù)據(jù)和 UK’37SST 之間的相關(guān)性將非常高。但單個沉積柱的TEXH86數(shù)據(jù)和UK’37SST擬合的相關(guān)系數(shù)不是十分高，推測可能是因為古菌和浮游植物對沿岸流和洋流等干擾的響應(yīng)有差異[44,57]。而幾個沉積柱平均后的數(shù)據(jù)進行擬合，其相關(guān)度大大增加，說明平均化過程弱化了TEXH86和UK’37指標對某些環(huán)境因素如沿岸流的響應(yīng)差異。因此，TEXH86指標在南海有作為海洋表面溫度計的潛力。在本文中，把QH-CL11 TEXH86溫度理解成海洋表面溫度。

圖6 （a）沉積柱 QH-CL11 的 TEXH86 數(shù)據(jù)和 UK’37 north SST 投圖；（b）QH-CL11 和 MD97-2146 平均后的 TEXH86 數(shù)據(jù)（AVETEXH86）和 UK’37 north SST 投圖[9, 12, 25]Fig.6 （a）X-Y plots of UK’37 north SSTs versus TEXH86 temperatures in QH-CL11; （b）X-Y plots of UK’37 north SSTs versus TEXH86 temperatures averaged from QH-CL11 and MD97-2146（AVETEXH86）[9, 12,25]

4.2 TEXH86 SST反映的氣候事件

QH-CL11 TEXH86SST 在全新世基本保持恒定，約為26.5 ℃；在末次冰期的平均溫度約為22.5 ℃。而研究區(qū)，夏季和冬季SST分別為29.1 ℃和 24.3 ℃（表2）。QH-CL11 TEXH86SST 在冰期—間冰期振蕩幅度（約4 ℃）相對略小于高緯度SST變化幅度和南海的季節(jié)差異（約5 ℃）[46]，表明熱帶海洋的表層環(huán)流系統(tǒng)可能比高緯度區(qū)域更持久和穩(wěn)定[9,12]。根據(jù)年齡模型，TEXH86SST 在 14.6 ka時發(fā)生了一次溫度的急劇上升（約2 ℃），與GISP2冰心δ18O記錄的B?lling-Aller?d暖期之前的溫度上升同步（圖7c，7d）。南海南部的 UK’37SST 和 δ18O 記錄中也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象[59]。這一發(fā)現(xiàn)不僅支持熱帶和高緯度地區(qū)氣候變化的同步性[59-60]，還表明TEXH86指標可以捕捉到快速的氣候變化事件[12]。末次冰期以來，高緯度地區(qū)的海因里希事件（H）經(jīng)常出現(xiàn)在低緯度海洋的SST記錄中，體現(xiàn)了高—低緯度氣候變化的一致性[61-62]。本文TEXH86SST很好的記錄了海因里希事件H1-H3，與GISP2冰心δ18O記錄相一致（圖7c，7d）。在H1和H3時，沉積速率和BIT相對穩(wěn)定，表明陸源輸入沒有顯著波動，TEXH86指標能準確記錄冷事件（圖7a，7b）。在 H3 時，TEXH86SST相對較低，BIT處于正常變化范圍，但沉積速率突然增加（圖7a，7d），這時的古溫度可能記錄了高緯度氣候的影響以及當?shù)厮牡奶攸c。由于精度的限制，TEXH86SST沒能夠捕捉到新仙女木事件（YD；圖7d）。而對全球海洋相互作用的模擬實驗表明，在北半球高緯度地區(qū)，像H和YD這樣廣泛的氣候事件是大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流變化的產(chǎn)物[9,63-64]。高緯度地區(qū)重新分配海洋熱量和溫度，然后通過環(huán)流運送到低緯度地區(qū)[5,20,65-66]。 QH-CL11 TEXH86 SST與GISP2 δ18O記錄相似的氣候模式和同步的氣候事件顯示了末次冰期以來，高緯度和低緯度氣候是相互作用和相互影響的。高緯度和低緯度之間的密切聯(lián)系也廣泛地記錄在南海的UK’37SST中。這些記錄與 QH-CL11 TEXH86SST 相當，表明 TEXH86是南海氣候重建的有力工具[12]。

4.3 東亞冬季風重建

南海北部的古氣候系統(tǒng)主要受東亞冬季風及其帶來的冷流的控制[5,10,14,47-48]。東亞冬季風和北太平洋冷水通過巴士海峽進入南海，進而影響南海北部的表層環(huán)流和SST[13]。在南海北部，沉積柱QHCL11和MD97-2146會接收到東亞冬季風及其攜帶的北太平洋冷流的信息[9,12]。而在東亞冬季風路徑上，位于北太平洋的沉積柱MD01-2421能夠接收到更多東亞冬季風的影響和信息[47]。因此，南海北部的SST與北太平洋MD01-2421的SST的差值可以用來反映東亞冬季風強度的變化，而且其差值越大，表明東亞冬季風強度越高[10-12,47]。基于這樣的原理，計算了 16 ka 以來南海 SST 和 MD01-2421 UK’37SST 的差值（圖8）。其中，QH-CL11 TEXH86SST 與MD01-2421 UK’37SST 的差值（圖8c）、UK’37northSST與 MD01-2421 UK’37SST 的差值（圖8d）以及 MD97-2151 UK’37SST 與 MD01-2421 UK’37SST的差值（ΔSSTs）具有很好的一致性（圖8e）。ΔSSTs記錄都顯示東亞冬季風強度在 16～15 ka（B?lling-Aller?d暖期之前）增加，15～14 ka 輕微降低，14～12 ka 達到最大值（新仙女木時期），隨后在12～8 ka降低，8 ka至今一直在緩慢增加。值得注意的是，QHCL11與 MD01-2421的ΔSST 在16～15 ka的變化不是很明顯?？紤]到 TEXH86SST 在約 18～15 ka 時存在冷異常事件，推測其在16～15 ka時未能準確捕捉東亞冬季風強度的變化。本文ΔSSTs記錄的東亞冬季風強度變化與前人研究較為吻合[5,13,15]。南海北部與蘇祿海的溫差數(shù)據(jù)表明末次冰期以來，東亞冬季風一直處于強度較高的狀態(tài)，尤其是YD時期[13,15]。湖光巖湖的沉積Ti含量指示東亞冬季風強度在B?lling-Aller?d暖期之前、YD時期以及中晚全新世都有所加強（圖8b）[5]。除此之外，南海與MD01-2421的ΔSST記錄證實了東亞夏季風與東亞冬季風的負相關(guān)關(guān)系（圖8a，8c）。長周期的東亞冬季風強度記錄證實低緯度日曬量是控制東亞季風變化的內(nèi)在因素[5,67]；而東亞季風季節(jié)性變化的負相關(guān)關(guān)系與熱帶輻合帶的遷移密切相關(guān)[5]。董哥洞δ18O記錄的東亞夏季風強度與本文的ΔSST記錄都顯示在YD時期，低緯度日曬量與東亞季風變化是不一致的[2]。而導(dǎo)致這種不一致的原因可能是該時期，熱帶輻合帶的向北遷移引起了東亞冬季風加強和東亞夏季風減弱[5]。同時，南海南部MD97-2151 UK’37SST 與 QH-CL11 TEXH86SST 的差值顯示其變化沒有明顯規(guī)律（圖8f）。在北半球夏季時，南海南部的古溫度會受到東亞夏季風的影響[11]。所以南海南部和北部的SST差異反映的是東亞冬季風和東亞夏季風兩者共同的影響。

圖7 （a）QH-CL11 的沉積速率，（b）QH-CL11 的支鏈/異戊二烯指標 BIT，（c）GISP2 冰心 δ18O 記錄[46]，（d）QH-CL11 TEXH86 SSTFig.7 （a）Sedimentation rates of core QH-CL11; （b）The branched and isoprenoid tetraether（BIT）index values of core QH-CL11;（c）δ18O records of GISP2 ice core [46]; （d）TEXH86 SSTs in QH-CL11

圖8 （a）董哥洞 δ18O 記錄[2]，（b）湖光巖湖 Ti含量記錄[5]，（c）QH-CL11 TEXH86 SST 與 MD01-2421 UK’37 SST 的差值[47]，（d）UK’37 north SST 與 MD01-2421 UK’37 SST 的差值[9,17,47]，（e）MD97-2151 UK’37 SST 與 MD01-2421 UK’37 SST的差值[47-48]，（f）MD97-2151 UK’37 SST 與 QH-CL11 TEXH86 SST 的差值[48]Fig.8 （a）δ18O records from Dongge Cave stalagmites,China [2]; （b）Ti contents from from the sediment sequence of Lake Huguang Maar [5]; （c）The differences between TEXH86 SSTs in QH-CL11 and UK’37 SSTs in MD01-2421[47]; （d）The differences between UK’37 north SSTs and UK’37 SSTs in MD01-2421[9,17,47]; （e）The differences between UK’37 SSTs in MD97-2151 and UK’37 SSTs in MD01-2421[47-48]; （f）The differences between UK’37 SSTs in MD97-2151 and TEXH86 SSTs in QH-CL11[48]

5 結(jié)論

（1）通過計算 BIT、%GDGT-2和 MI等指標，發(fā)現(xiàn)海洋奇古菌來源的isoGDGTs在QH-CL11沉積柱占主導(dǎo)地位，該地區(qū)適合TEXH86公式的應(yīng)用。

（2）TEXH86溫度顯示出明顯的冰期—間冰期旋回。QH-CL11 TEXH86溫度與南海北部有孔蟲年平均SST和UK’37SST有很高的相似度，可用來表示年平均SST。

（3）QH-CL11 TEXH86SST 記錄了海因里希事件（H1-3）和 B?lling-Aller?d暖期之前的溫度大幅上升事件，與格陵蘭冰心δ18O的記錄具有很好的一致性，證實了高—低緯度氣候變化的同步性。

（4）南海北部 SST 和北太平洋 MD01-2421 UK’37SST的差異可以用來指示東亞冬季風強度的變化，其結(jié)果顯示東亞冬季風強度在B?lling-Aller?d暖期前增加，在新仙女木時期達到最大值，在全新世早期再次下降，然后在全新世中晚期緩慢增加。

致謝：感謝中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）楊歡老師在GDGTs測試過程中的支持。感謝海洋6號全體船員在航次采樣過程中提供的幫助。